CN103157356A

CN103157356A - 一种烧结脱硝系统及其脱除氮氧化物的方法

Info

Publication number: CN103157356A
Application number: CN2011104191894A
Authority: CN
Inventors: 徐伟; 韩晓东; 王永; 陈鹏; 王飞; 胡绍伟; 黄晓煜
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN103157356B

Abstract

一种烧结脱硝系统及其脱除氮氧化物的方法。本发明公开一种烧结脱硝系统，包括通过烧结烟气主管路连接的烧结机、风箱、电除尘器、脱硫装置、主抽风机和烟囱，其特征在于在氮氧化物高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路，在此烧结烟气循环管路上依次连接有循环烟气挡板阀、除尘器、与外进气管连接的天然气入口阀门、循环风机和循环烟气罩，循环烟气罩罩在氮氧化物高浓度区风箱的正上方烧结料层上。烧结烟气进入高浓度区风箱后，将部分烟气引入到烟气循环管路中成为循环烧结烟气，循环烧结烟气量通过循环烟气挡板阀进行控制，循环烧结烟气通过除尘器进行除尘，然后与天然气入口阀门进入的天然气和空气混合，混合后的气体通过循环风机被引入到循环烟气罩中，循环烧结烟气与高NO_x浓度烧结烟气反应，进行部分脱硝。

Description

一种烧结脱硝系统及其脱除氮氧化物的方法

技术领域

本发明属于冶金烧结烟气脱硝的环境保护技术领域，尤其涉及一种烧结脱硝系统及其脱除氮氧化物的方法。

背景技术

“十二五”规划中，我国明确了对氮氧化物(NO_x)进行全面控制。具体减控指标拟定为，氨氮排放总量控制目标是比2010年减少10％，重点行业和重点地区氮氧化物排放总量比2010年减少10％。而钢铁行业烧结烟气成分复杂，除含有二氧化硫、粉尘外，还含有NO_x等污染物。在“十二五”氮氧化物总量控制基本思路中提出，钢铁、工业锅炉也是氮氧化物的重要排放源，为拓展氮氧化物减排领域，推进氮氧化物持续减排，“十二五”期间应加快冶金行业、工业锅炉等其他行业氮氧化物控制技术的研发和产业化进程，推进烟气脱硝示范工程建设。

冶金烧结烟气的NO_x浓度较低、烟气量大，而且烟气温度要低于传统烟气脱硝工艺。传统的选择性催化还原脱硝工艺(SCR)在300～450℃的工作温度区间，而选择性非催化还原脱硝工艺(SNCR)在950～1150℃的工作温度区间。如果要对烧结烟气采用单独的SCR或SNCR装置进行脱硝，就需要对烧结烟气进行再热处理。SNCR工艺的工作温度区间远远高于烧结烟气温度，采用再热处理是不现实的。而SCR工艺成本较高，难以被我国钢铁企业所接受。因此，更加经济实用的烧结过程中的脱硝工艺研究已经势在必行。

通过查新，可以检索到一些相关专利。如“用于烧结过程中的在线脱硝方法”发明(公开号CN 1286314A)，公开了一种用于烧结过程中的在线脱硝方法，其主要是在烧结生产的配料过程中添加砂糖等粘结辅助剂，增强了烧结原料的造粒性与粘结性、改善烧结原料的透气性、并缩短烧结时间，使烧结原料中氮转化成氮氧化物的机会降低，进而抑制烧结废气中氮氧化物的排放。但该方法使用大量砂糖作为烧结辅助剂会使得烧结运行费用大大升高。“一种脱除烧结烟气中氮氧化物的方法”(授权公告号CN 101053749A)公开一种脱除烧结烟气中氮氧化物的方法，该方法在烧结混合料中加入含氨化合物，所述的含氨化合物包括尿素、铵盐、氨水、煤化工企业的含氨蒸馏废水或氰氨基盐。在烧结过程中含氨化合物释放出氨气，将烧结烟气中的NO_x还原为N₂。这种方法虽然可以脱除烧结烟气中的NO_x，但未反应的氨气会随烟气排出，而氨气对环境和人类的危害更要甚于NO_x。“一种在冶金烧结过程中脱除NO_x的方法”(授权公告号CN101033503A)通过在烧结生产配料过程中添加焦粉或半焦粉取代煤作为燃料，并在烧结过程中引入煤气，利用焦粉和煤气中的还原性气体H₂、CH₄、CO将烧结烟气中的NO_x还原。该方法中以焦粉取代煤作为烧结燃料，所引入的煤气量占烧结气体体积总量的1％～10％，这些措施大大增加了烧结成本。使得该方法难以被接受。

综上所述，目前烧结过程脱硝方法，有的成本较高，有的会影响烧结正常生产，都难以在烧结中应用。因此，探寻更加实用、有效的烧结过程中的脱硝工艺是非常迫切和必要的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、可有效降低烧结烟气中氮氧化物排放浓度的烧结脱硝系统及其脱除氮氧化物的方法，减少了烧结烟气对环境的污染。

本发明烧结脱硝系统包括原有烧结系统中通过烧结烟气主管路连接的烧结机、风箱、电除尘器、脱硫装置、主抽风机和烟囱，本发明在以上原有烧结系统结构基础上，在氮氧化物高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路，在此烧结烟气循环管路上依次连接有循环烟气挡板阀、除尘器、与外进气管连接的天然气入口阀门、循环风机和循环烟气罩，循环烟气罩罩在氮氧化物高浓度区风箱的正上方烧结料层上，这样不会使得未经脱硝处理的氮氧化物低浓度区中氮氧化物浓度升高。

根据烧结机排放烟气中氮氧化物浓度的不同，风箱可分为氮氧化物低浓度区风箱和氮氧化物高浓度区风箱，即氮氧化物高浓度区风箱中烟气约占烧结烟气体积总量的40％～60％，其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的75％～85％；氮氧化物低浓度区风箱中烟气也是约占烧结烟气体积总量的40％～60％，其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的15％～25％；根据这一特点本发明仅对氮氧化物高浓度区风箱中的烟气进行循环和脱硝处理。

烧结脱硝系统脱除氮氧化物的方法，烧结烟气进入高浓度区风箱后，将部分烟气引入到烟气循环管路中成为循环烧结烟气，循环烧结烟气量通过循环烟气挡板阀进行控制，循环烧结烟气通过除尘器进行除尘，然后与天然气入口阀门进入的天然气和空气混合，混合后的气体通过循环风机被引入到循环烟气罩中，循环烧结烟气与高NO_x浓度烧结烟气反应，进行部分脱硝。在烧结负压操作条件下，混合的循环烟气通过烧结料层，在烧结带550℃～850℃温度区间时，天然气中的甲烷被激活，在烧结料层中的烧结原料铁矿石和氧化钙的催化作用下，一部分被激活的甲烷将烧结烟气中的氮氧化物还原为氮气，而大部分未参与脱硝反应的甲烷，会氧化燃烧为CO₂和H₂O，为烧结过程提供热量。

其中循环烧结烟气量(即从烧结机风箱出口引入到循环管路中的烟气)占循环烟气总量体积比的20％～50％，天然气占循环烟气总量体积比的0.3％～1.0％，引入空气占循环烟气总量体积比的50％～80％，要求天然气中甲烷含量丰富，浓度要高于体积比80％。

本烧结过程中脱硝的方法不会影响正常的烧结生产，且减少了烧结烟气排放量，为后续的电除尘器和脱硫装置降低了工作负荷。传统烟气脱硝的选择性催化还原工艺(SCR)投资费用高，占烧结总投资的40％以上，难以被钢铁企业接受，本专利通过对氮氧化物高浓度区风箱中烟气进行循环，并在循环烟气中引入含有丰富甲烷的天然气。在烧结过程中，通过烧结料层中的铁矿石和氧化钙催化甲烷还原烧结烟气中的氮氧化物。同时大部分甲烷燃烧为烧结提供热量。具有便于操作、投资少、脱硝效率高的特点。

附图说明

图1是本烧结脱硝系统结构示意图；

图2是氧化铁催化甲烷脱硝的效果图；

图3是氧化钙催化甲烷脱硝的效果图。

其中，1烧结机，2风箱，3循环烟气挡板阀，4旋风除尘器，5天然气入口阀门，6循环风机，7循环烟气罩，8烧结烟气主管路，9烧结烟气循环管路，10电除尘器，11脱硫装置，12主抽风机，13烟囱，14烧结料层。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进一步说明：

以下结合图1说明介绍本发明的最佳实施方式：本发明本烧结脱硝系统结构包括：1烧结机，2风箱，3循环烟气挡板阀，4旋风除尘器，5天然气入口阀门，6循环风机，7循环烟气罩，8烧结烟气主管路，9烧结烟气循环管路，10电除尘器，11脱硫装置，12主抽风机，13烟囱，14烧结料层。

烧结过程中烧结机1产生大量烧结烟气，烧结烟气经由烧结机底部的风箱2被抽走。根据烧结机排放烟气中氮氧化物浓度的不同，将风箱2分为氮氧化物低浓度区风箱A和氮氧化物高浓度区风箱B两部分。氮氧化物高浓度区风箱B是指烟气约占烧结烟气体积总量的50％，但其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的80％的风箱(氮氧化物高浓度区风箱B通常是在烧结机下方中间三分之一的风箱位置)；氮氧化物低浓度区风箱A是指，烟气也是约占烧结烟气体积总量的50％，其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的20％的风箱(氮氧化物低浓度区风箱A通常是在烧结机下方前三分之一位置与后三分之一位置的风箱)。

其中烧结机1下部装有风箱2，风箱2下设出口烟气管路。在氮氧化物高浓度区风箱B下方的出口烟气管路上，引出一条烧结烟气循环管路9，依次连接有循环烟气挡板阀3、旋风除尘器4、与外进气管连接的天然气入口阀门5，循环风机6与循环烟气罩7。空气和天然气从天然气入口阀门5进入烧结烟气循环管路9，循环烟气罩7直接罩扣在氮氧化物高浓度区风箱B上方的烧结料层14上。氮氧化物高浓度区风箱B下方的出口烟气管路与氮氧化物低浓度区风箱A下方的出口烟气管路共同连接烧结烟气主管路8，烧结烟气主管路8上接有电除尘器10、脱硫装置11、主抽风机12和烟囱13。

本发明脱除氮氧化物方法：

通过上述烧结脱硝系统，烧结烟气循环管路9通过循环烟气挡板阀3的控制，在氮氧化物高浓度区风箱B下方的出口管路中抽取体积比40％的烧结烟气成为循环烧结烟气，进入烧结烟气循环管路9，然后循环烧结烟气通过旋风除尘器4进行重力机械除尘，旋风除尘器的主要目的是将循环烧结烟气中较大的尘粒除去，除去的尘粒可以重新作为烧结原料使用。经旋风除尘器除尘后的循环烧结烟气与经由天然气入口阀门5引入的天然气和空气混合，其中天然气占循环总烟气量的体积比1.0％，空气占循环烟气总量体积比的59％，并且天然气中甲烷浓度要高于80％，这一要求是为了保证烧结脱硝过程中，有充分的甲烷来参与还原NO_x的反应。而后循环烧结烟气作为烧结脱硝及助燃气体通过循环风机6进入循环烟气罩7内。烧结烟气的部分循环提高了烧结助燃气体的温度，也会节省烧结生产的能耗，降低烧结费用。在烧结机1负压操作条件下，混合的循环烟气通过烧结料层，在烧结带550℃～850℃温度区间，天然气中的甲烷开始被激活，在烧结料层中铁矿石和氧化钙的催化作用下，一少部分被激活的甲烷会将烧结烟气中的氮氧化物还原为氮气；而大部分甲烷会氧化燃烧，生成CO₂和水，为烧结过程提供了热量。

图2和图3是在一定试验条件下，氧化铁和氧化钙催化甲烷脱除NO_x的效果图。可以看出，不含氧气时，在350～750℃温度范围内，NO_x基本上没有发生转化，但在850℃时氧化铁催化甲烷脱除NO_x转化率达到了近100％。氧化钙作为催化剂时，有氧气条件下在650℃时NO_x转化率达到最高值43％；无氧气条件下，在850℃时，NO_x转化率更是达到了91％。此实验结果表明氧化铁和氧化钙都具有较好的催化脱硝效果。

经过烧结过程脱硝的烧结烟气进入B区风箱，其中一部分重复进入烧结烟气循环管路9，未循环的烟气与A区中氮氧化物低浓度烟气混合，通过烧结烟气主管路8进入后续的电除尘器10进行电除尘，除尘后的烧结烟气进入脱硫装置11进行烟气脱硫。脱硫后的烟气经由主抽风机12从烟囱13排放大气。由于部分烧结烟气循环利用，使得电除尘器10和脱硫装置11处理的烟气量减少了20％，降低了电除尘器7和脱硫装置8的投资运行费用。

Claims

1.一种烧结脱硝系统，包括通过烧结烟气主管路(8)连接的烧结机(1)、风箱(2)、电除尘器(10)、脱硫装置(11)、主抽风机(12)和烟囱(13)，其特征在于在氮氧化物高浓度区风箱的出口管路上，引出一条分支管路作为烧结烟气循环管路(9)，在此烧结烟气循环管路(9)上依次连接有循环烟气挡板阀(3)、除尘器(4)、与外进气管连接的天然气入口阀门(5)、循环风机(6)和循环烟气罩(7)，循环烟气罩(7)罩在氮氧化物高浓度区风箱的正上方烧结料层(14)上。

2.根据权利要求1所述的烧结脱硝系统，其特征在于：所述氮氧化物高浓度区风箱中烟气约占烧结烟气体积总量的40％～60％，其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的75％～85％；氮氧化物低浓度区风箱中烟气也是约占烧结烟气体积总量的40％～60％，其中氮氧化物含量占烧结烟气氮氧化物总体积含量的15％～25％。

3.一种利用根据权利要求1所述的烧结脱硝系统脱除氮氧化物的方法，其特征在于烧结烟气进入高浓度区风箱后，将部分烟气引入到烟气循环管路(9)中成为循环烧结烟气，循环烧结烟气量通过循环烟气挡板阀(3)进行控制，循环烧结烟气通过除尘器(4)进行除尘，然后与天然气入口阀门(5)进入的天然气和空气混合，混合后的气体通过循环风机(6)被引入到循环烟气罩(7)中，循环烧结烟气与高NO_x浓度烧结烟气反应，进行部分脱硝。

4.根据权利要求3所述的脱除氮氧化物的方法，其特征在于其中循环烧结烟气量占循环烟气总量体积比的20％～50％，天然气占循环烟气总量体积比的0.3％～1.0％，引入空气占循环烟气总量体积比的50％～80％。

5.根据权利要求3或4所述的脱除氮氧化物的方法，其特征在于所述天然气中甲烷含量浓度要高于体积比80％。